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방패에 대한 모든 것 Q&Aㅣ과학으로 만드는 더 안전한 세상ㅣ이민욱(한국과학기술연구원)[토요과학강연#14-3부]

탄소 복합 소재와 그래핀은 현대 과학 기술이 만들어낸 혁신적인 소재들입니다. 흔히 혼동하기 쉽지만, 그래핀은 연필심의 주성분인 흑연을 아주 얇은 한 층으로 떼어낸 소재로 탄소 소재의 가장 기본 단위라 할 수 있습니다. 이러한 탄소 기반 소재들은 가벼우면서도 강한 특성을 지니고 있어, 최근에는 경찰의 방호 장비와 같은 치안 기술 분야에서 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 특히 기존 소재의 한계를 뛰어넘는 내구성과 경량성은 현장 대응 능력을 높이는 데 기여하고 있습니다. 경찰용 방패는 용도에 따라 휴대용과 시위 진압용으로 나뉩니다. 휴대용 방패는 순찰 시 칼과 같은 흉기에 대응하기 위해 작고 가볍게 제작되며, 시위 진압용은 투척물과 몸싸움을 막기 위해 거대하고 단단해야 합니다. 기존의 플라스틱 소재인 폴리카보네이트는 방호력을 높이려다 보니 무게가 지나치게 무거워져 현장 대원들의 피로도를 높이는 원인이 되었습니다. 이를 탄소 복합 소재로 대체함으로써 무게를 절반 가까이 줄이고 활동성을 극대화하는 연구가 현재 활발히 진행 중입니다. 방패를 제작할 때 가장 중요한 요소 중 하나는 취약 부위의 보강입니다. 탄소 복합 소재는 불투명하기 때문에 투명창을 내면 그 부분이 약해질 수 있어, 안전성을 위해 구조적 설계를 최적화하는 방식을 택합니다. 또한 접히는 부분인 경첩은 외부 충격에 쉽게 파손될 수 있는 지점이지만, 특수한 인서트 볼팅 설계와 스프링 구조를 통해 사람이 올라가 뛰어도 견딜 수 있을 만큼의 강도를 확보했습니다. 이러한 세심한 공학적 접근은 실제 현장에서 장비의 신뢰성을 보장하는 밑바탕이 됩니다. 과학 기술은 방패와 같은 물리적 장비를 넘어 치안 시스템 전반으로 확장되고 있습니다. '폴리스랩' 사업을 통해 개발된 혁신 사례들은 매우 다양합니다. 112 신고 시 자동으로 URL이 전송되어 신고자의 카메라 화면과 GPS 정보를 실시간으로 공유하는 시스템은 경찰의 정확한 현장 파악을 돕습니다. 또한 길을 잃은 치매 노인이나 유아를 보호하기 위해 현장에서 스마트폰으로 즉시 지문을 인식하는 기술 등은 첨단 과학이 우리 사회의 안전망을 어떻게 촘촘하게 만드는지를 잘 보여줍니다. 새로운 소재의 개발은 단순한 강도 향상을 넘어 경제성과 실용성의 균형을 찾는 과정입니다. 아무리 우수한 소재라도 비용이 너무 비싸면 대중화가 어렵기 때문에, 기존 소재을 저렴하게 생산하거나 구조적 설계를 통해 성능을 극대화하는 연구가 병행됩니다. 탄소 섬유의 전기 전도성을 조절해 테이저건의 전기 충격을 차단하는 기술처럼, 특수한 환경에 맞춘 기능적 보완도 계속되고 있습니다. 과학 기술과 현장의 목소리가 결합되어 완성되는 안전 기술은 더 안전한 세상을 만드는 든든한 버팀목이 될 것입니다.

서울시립과학관[과학강연] 21년 토요과학강연

물리학
화학
융합

[연구뭐하지] 이성근 교수_서울대학교 '지구물질과학 실험실' | 아주 작은 단위로 설명하는 지구 시스템?!

지구 시스템은 수천 킬로미터에 달하는 거대한 규모를 가지고 있지만, 그 이면에는 원자와 전자 수준의 아주 단순한 원리들이 숨어 있습니다. 서울대학교 지구물질과학 연구실은 지난 20여 년간 복잡해 보이는 행성의 변화 과정을 원자핵이나 전자의 스핀과 같은 미시적인 정보를 통해 정량적으로 설명하려는 노력을 지속해 왔습니다. 거시적인 현상을 단순히 관찰하는 것에 그치지 않고, 이를 관통하는 근본적인 물리 법칙을 찾아내어 복잡한 자연 현상을 명쾌하게 이해하는 것이 연구의 핵심 목표입니다. 지구 내부에서 일어나는 과정들은 대부분 한 번 발생하면 되돌릴 수 없는 비가역적인 특성을 지닙니다. 이러한 복잡성을 전 지구적인 단위의 거시적 관점으로만 바라보기에는 한계가 존재하기에, 연구자들은 자연스럽게 더 작은 단위인 원자의 세계로 시선을 돌리게 됩니다. 미시적 단위에서 얻은 물리·화학적 정보는 거시적인 지구 시스템의 문제를 해결하는 열쇠가 되며, 이 두 정보가 통합될 때 비로소 우리는 지구라는 거대한 시스템을 온전히 이해할 수 있는 학문적 토대를 마련하게 됩니다. 구체적인 연구로는 비정질 규산염 마그마에 납이나 아연 같은 미량 원소를 첨가했을 때 나타나는 물성 변화를 고상 NMR 장비로 분석하는 작업이 이루어집니다. 또한, 현무암질 마그마의 성분 모델을 구축하고 멀티앤빌 프레스라는 기기를 활용해 초고압 환경에서의 구조 변화를 정밀하게 측정하기도 합니다. 이러한 실험들은 극한 환경에서 물질이 어떻게 반응하고 변하는지를 규명함으로써, 지구 내부의 물질 순환과 진화 과정을 과학적으로 증명하는 데 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 이 연구실의 성과는 지질학적 영역을 넘어 신소재 개발이나 물질의 구조적 성질 이해가 필요한 다양한 산업 분야로 확장됩니다. 특히 유리 물질의 구조 변화에 대한 연구는 자연계의 현상뿐만 아니라 우리가 일상에서 흔히 사용하는 스마트폰 강화 유리의 성능 개선과도 밀접하게 연결될 수 있습니다. 기초 과학의 본질적인 질문에 대한 답을 찾는 과정이 결국 첨단 기술의 발전과 새로운 물질의 발견으로 이어지는 가교 역할을 하며, 학문 간의 경계를 허무는 융합적 가치를 창출합니다. 연구실은 지구과학에 국한되지 않고 물리와 화학을 아우르는 폭넓은 주제를 다루며, 자연과학 전반에 호기심을 가진 이들에게 열려 있습니다. 교수님이 직접 실험에 참여하고 연구를 주도하는 솔선수범의 자세는 학생들에게 큰 귀감이 되며, 자유로운 연구 분위기 속에서 각자의 주제를 깊이 있게 탐구할 수 있는 환경이 조성되어 있습니다. 또한, 구성원들이 서로의 연구를 존중하고 건강한 식단과 생활 습관을 공유하는 문화는 연구자들이 장기적으로 학문에 몰입할 수 있게 돕는 든든한 버팀목이 됩니다.

이성근

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학